王小奎,王興國(guó),潘 登
(1.河南理工大學(xué) 土木工程學(xué)院, 河南 焦作 454003; 2.中鐵十局集團(tuán) 第二工程有限公司, 河南 鄭州 450000)
預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)箱梁橋施工過(guò)程的線(xiàn)性監(jiān)控分析
王小奎1,王興國(guó)1,潘 登2
(1.河南理工大學(xué) 土木工程學(xué)院, 河南 焦作 454003; 2.中鐵十局集團(tuán) 第二工程有限公司, 河南 鄭州 450000)
通過(guò)新建鄭州至萬(wàn)州高速鐵路某特大橋(48+80+48) m預(yù)應(yīng)力連續(xù)箱梁橋施工監(jiān)控情況,論述了橋梁線(xiàn)性監(jiān)控方法和施行步驟,以及橋梁結(jié)構(gòu)線(xiàn)形監(jiān)控的數(shù)據(jù)分析。通過(guò)模擬分析施工過(guò)程,并與現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際工況進(jìn)行比較,證明了最終計(jì)算結(jié)果的可靠性。最終數(shù)據(jù)表明,橋梁設(shè)計(jì)高程與實(shí)測(cè)高程之間的誤差均在+15 mm和-5 mm之間,各合龍段高程較差均小于+15 mm,實(shí)現(xiàn)了橋梁施工的高精度監(jiān)控。說(shuō)明運(yùn)用的理論模型能很好的反應(yīng)橋梁主體結(jié)構(gòu)的實(shí)際狀態(tài),運(yùn)用的施工控制方法達(dá)到了很好的施工控制效果。
橋梁施工;撓度;線(xiàn)性監(jiān)控;數(shù)據(jù)分析
橋梁施工過(guò)程的線(xiàn)性監(jiān)控一直是國(guó)內(nèi)外研究的重點(diǎn),橋梁結(jié)構(gòu)的施工監(jiān)測(cè)控制理論歷經(jīng)了從開(kāi)環(huán)控制、閉環(huán)控制,再到自適應(yīng)控制發(fā)展的過(guò)程。對(duì)于多次靜定橋跨,它所竣工后的橋梁線(xiàn)形,產(chǎn)生的橋梁各個(gè)階段的內(nèi)力和施工工序有著密不可分的關(guān)聯(lián),梁體恒載產(chǎn)生的內(nèi)力值大小同樣有著一定的聯(lián)系。即施工工序的差異,會(huì)直接影響橋梁最后的線(xiàn)形和內(nèi)力的變化。此外,由于橋梁結(jié)構(gòu)材料特性以及外部不確定因素的存在,都會(huì)給橋梁的施工控制帶來(lái)不可預(yù)測(cè)的影響。最終導(dǎo)致橋梁結(jié)構(gòu)的預(yù)先計(jì)算的理論設(shè)計(jì)值與施工現(xiàn)場(chǎng)實(shí)測(cè)的控制值有所偏差[1]。若對(duì)這種誤差不加以及時(shí)有效的修正,主梁的標(biāo)高將會(huì)偏離預(yù)期的設(shè)計(jì)值,影響最終成橋的線(xiàn)形。為保障橋梁施工全過(guò)程的施工質(zhì)量和橋梁施工安全,對(duì)整個(gè)橋梁施工過(guò)程進(jìn)行監(jiān)控就顯得十分重要。本文擬在監(jiān)控內(nèi)容和監(jiān)控方法上,通過(guò)模擬分析施工過(guò)程,結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際工況展開(kāi)論文內(nèi)容的分析,以確保達(dá)到最優(yōu)的橋梁施工線(xiàn)性監(jiān)控目標(biāo)[2]。
某特大橋位于河南省南陽(yáng)市境內(nèi),新建鄭州至萬(wàn)州高速鐵路某特大橋跨S103省道(48+80+48) m連續(xù)梁位于721#墩—724#墩,里程為DK350+498.124—DK350+675.824,位于直線(xiàn)上,DK350+498.124—DK350+600坡度為3.0‰,DK350+600—DK350+675.824坡度為-5.0‰,線(xiàn)路與S103省道交叉角度為138°,其總體布置如圖1所示。
圖1某特大橋跨S103省道(48+80+48)m預(yù)應(yīng)力連續(xù)梁橋布置圖(單位:cm)
連續(xù)梁按雙線(xiàn)橋設(shè)計(jì),線(xiàn)間距為5.000 m。橋面寬12.600 m,底寬6.700 m。主梁是單箱室、高度變化、截面變化的箱梁,均按直線(xiàn)線(xiàn)性變化。梁體全長(zhǎng)177.500 m,計(jì)算跨度48 m+80 m+48 m。橋梁的兩邊支點(diǎn)、中間支點(diǎn)中心線(xiàn)位置梁體截面高度分別是3.835 m、6.635 m。邊支座中心線(xiàn)到梁體邊緣為0.750 m,梁縫分界線(xiàn)至主梁邊緣為0.100 m。梁體邊支座橫橋向中心距5.600 m,梁體中支座橫橋向中心距5.900 m。
其中2個(gè)0#梁段,分別位于722#、723#主墩,距支座中心線(xiàn)處大、小里程方向各4.500 m,0#梁段總長(zhǎng)度為9.000 m,懸臂端梁段長(zhǎng)度為2.700 m、3.100 m、3.500 m,合龍段長(zhǎng)2.000 m,邊跨現(xiàn)澆直梁段長(zhǎng)7.750 m。主梁梁段采用掛籃對(duì)稱(chēng)懸臂施工。最后橋梁施工結(jié)束后,整個(gè)梁體結(jié)構(gòu)合龍的順序?yàn)橄冗吙?,再中跨?/p>
在橋梁具體的施工過(guò)程中,可以用施工→測(cè)量→參數(shù)識(shí)別→分析→修正→預(yù)測(cè)→施工的自適應(yīng)控制法對(duì)橋梁全程監(jiān)控[3],其中重點(diǎn)是結(jié)合實(shí)際監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)調(diào)整結(jié)構(gòu)模型中的主要影響參數(shù),并計(jì)算下一施工階段的橋梁受力和變形情況,進(jìn)而指導(dǎo)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際施工。
主梁的高程監(jiān)控是為了反應(yīng)出在橋梁的各個(gè)施工階段結(jié)束之后,每個(gè)梁段標(biāo)高的變化[4]。經(jīng)過(guò)前次施工階段和本次施工梁段測(cè)點(diǎn)高程的變化,然后計(jì)算橋梁的現(xiàn)場(chǎng)撓度值,便于和計(jì)算撓度值進(jìn)行對(duì)比,及時(shí)有效的調(diào)節(jié)撓度值的誤差,確保橋梁施工的全過(guò)程成功進(jìn)行。
1) 測(cè)點(diǎn)布置。主梁梁段的高程測(cè)點(diǎn)選用φ16鋼筋焊接于頂板鋼筋的骨架上,測(cè)點(diǎn)鋼筋的上部做成半圓形頂面,打磨光滑,冠頂高出橋梁混凝土表層約2 cm,見(jiàn)圖2。
圖2頂板高程測(cè)點(diǎn)鋼筋布置示意(單位:mm)
對(duì)單箱結(jié)構(gòu),在斷面布置5個(gè)測(cè)點(diǎn),就可以監(jiān)測(cè)施工過(guò)程中主梁的標(biāo)高和扭曲情況。在橋梁的每一梁段上,測(cè)點(diǎn)的具體設(shè)置見(jiàn)圖3。
圖3主梁高程測(cè)點(diǎn)設(shè)置圖(單位:cm)
2) 測(cè)量要求。
(1) 測(cè)量階段:在橋梁施工的每一節(jié)段都要進(jìn)行高程的測(cè)量工作,其中在橋梁的每一節(jié)段施工中,都要進(jìn)行主梁的高程測(cè)量。在橋梁全節(jié)段施工中,要布設(shè)一定數(shù)量的,能夠進(jìn)行主梁標(biāo)高通測(cè)、聯(lián)測(cè),以及進(jìn)行測(cè)量標(biāo)高校核的測(cè)量基準(zhǔn)點(diǎn)。并在橋梁每一個(gè)合龍段前后,以及橋梁結(jié)構(gòu)體系轉(zhuǎn)換前后組織一次全橋標(biāo)高點(diǎn)的通測(cè)。
(2) 測(cè)量時(shí)段:每個(gè)測(cè)量階段的測(cè)量時(shí)間應(yīng)按橋梁主體施工階段的完成狀況,晚10∶00(夏、秋:晚11∶00)后到第二天清晨日出之前。
(3) 精度測(cè)量:選用高等水準(zhǔn)測(cè)量?jī)x器進(jìn)行測(cè)量。
3) 測(cè)量控制網(wǎng)和平面監(jiān)測(cè)。針對(duì)箱梁懸臂澆筑要求,在控制網(wǎng)建成后,將中線(xiàn)利用三角控制網(wǎng)引測(cè)到橋梁零號(hào)節(jié)段頂面,同時(shí)將中線(xiàn)作為主梁軸線(xiàn)測(cè)量的基準(zhǔn)線(xiàn),聯(lián)測(cè)前必須檢驗(yàn)已建成基準(zhǔn)點(diǎn)是否滿(mǎn)足要求,認(rèn)真作好記錄[5]。
4) 施工監(jiān)控的影響因素。在懸臂澆筑過(guò)程中,在可能多的因素中找到最為重要的影響因素,并對(duì)控制系統(tǒng)進(jìn)行參數(shù)判斷,對(duì)出現(xiàn)的超過(guò)規(guī)范規(guī)定的誤差,分析誤差出現(xiàn)的原因,調(diào)整后續(xù)的施工要求,及時(shí)進(jìn)行線(xiàn)性的調(diào)整是整個(gè)施工監(jiān)控的重點(diǎn)[6]。
采用MIDAS/Civil 2016軟件[7],對(duì)橋梁結(jié)構(gòu)進(jìn)行全過(guò)程的模擬分析計(jì)算,選用平面桿系單元建立模擬施工過(guò)程的橋梁結(jié)構(gòu)計(jì)算模型(見(jiàn)圖4)。全橋共建立78個(gè)節(jié)點(diǎn),59個(gè)單元。其中,施工模擬的全過(guò)程主要分為梁段的懸臂段掛籃、澆筑、張拉,邊跨滿(mǎn)堂段澆筑、邊跨合龍、中跨合龍、體系轉(zhuǎn)換、全橋張拉、二期恒載、橋面鋪裝等。
圖4某特大橋跨S103省道(48+80+48) m橋梁主體計(jì)算模型圖
(1) 模型結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)材料:① 混凝土強(qiáng)度等級(jí)C50,C50彈性模量3.55×104MPa; ② 預(yù)應(yīng)力體系縱、橫向預(yù)應(yīng)力筋取1×7-15.2-1860-GB/T5224 —2003鋼絞線(xiàn),其中fpk=1 860 MPa,彈性模量為Ep=195 GPa; ③ 鋼筋材料采用HPB300、HRB400。
(2) 設(shè)計(jì)荷載。① 恒載(結(jié)構(gòu)自重)按相關(guān)設(shè)計(jì)規(guī)范選用。② 附加力(溫差變化影響力)合龍段的溫度用橋位最低與最高月平均氣溫的均值,均勻溫差按升降溫20℃計(jì)算,非線(xiàn)性溫差按指數(shù)曲線(xiàn)變化,考慮負(fù)溫效應(yīng)。③ 施工荷載按懸臂澆筑施工進(jìn)行考慮。施工掛籃、機(jī)具等采用800 kN計(jì),作用點(diǎn)位于澆筑梁段重心處。邊跨、中跨合龍段吊架平臺(tái)總重量按400 kN計(jì)。
(1) 懸臂澆筑階段共分11個(gè)階段進(jìn)行:0#塊施工、1#塊…10#塊施工。0#塊施工階段按15 d進(jìn)行建模分析計(jì)算,1#塊施工…10#塊每個(gè)施工階段按9 d進(jìn)行建模分析計(jì)算,其中1#塊—10#塊施工每個(gè)階段又可分為三步進(jìn)行,即懸臂段掛籃、懸臂段澆筑、懸臂段張拉。
(2) 合龍階段順序?yàn)橄冗吙绾笾锌?。邊跨分別按合龍段10 d、邊跨張拉1(2 d)、拆固結(jié)7 d、邊跨張拉2(1 d)進(jìn)行模擬計(jì)算。中跨分別按合龍段7 d、中跨張拉2 d、拆吊架3 d模擬;
(3) 二期恒載根據(jù)施工設(shè)計(jì)圖紙和規(guī)范,考慮10 a的收縮徐變期限。
線(xiàn)形控制是橋梁施工控制項(xiàng)目的重點(diǎn),其最終目的是確切地給出各個(gè)主梁節(jié)段的立模標(biāo)高,并對(duì)施工過(guò)程當(dāng)中呈現(xiàn)出來(lái)的超出規(guī)范要求的偏差進(jìn)行調(diào)節(jié)修正。橋梁的立模標(biāo)高并不一定是橋梁竣工后的設(shè)計(jì)值標(biāo)高,通常會(huì)設(shè)定一定的預(yù)拱度數(shù)值,用以消除施工過(guò)程中產(chǎn)生的橋梁撓度變形值[8],計(jì)算橋梁各澆筑節(jié)段的立模標(biāo)高,可用下式求得:
Hlmi=Hsji+∑fdi+1/2fli-fgl
(1)
式中各式表達(dá)的含義是:Hlmi為節(jié)點(diǎn)i(待澆筑節(jié)段主梁底板前端點(diǎn))立模標(biāo)高數(shù)值;Hsji為節(jié)點(diǎn)i預(yù)先設(shè)計(jì)計(jì)算的標(biāo)高值;∑fdi為節(jié)點(diǎn)i在施工中由梁體的自身重量、預(yù)應(yīng)力張拉、收縮和以后各個(gè)梁段等在該點(diǎn)產(chǎn)生的撓度累加值,由模型可計(jì)算獲得;fli為節(jié)點(diǎn)i由靜活載產(chǎn)生的向下?lián)隙戎担籪gl為掛籃彈性變形值[9]。
具體計(jì)算公式為[10]:
fm=fc+fs+fg
(2)
H=fm+H0
(3)
式中:fm為預(yù)拱度值;fc為施工階段拋高;fs為使用階段拋高;fg為掛籃變形值;H為立模高程;H0為設(shè)計(jì)高程。
通過(guò)數(shù)值計(jì)算分析后,某特大橋跨S103省道(48+80+48) m連續(xù)梁橋的預(yù)拱度設(shè)計(jì)值如表1所示。
表1 各個(gè)施工節(jié)段預(yù)拱度設(shè)計(jì)值
注:正值表示向上;負(fù)值表示向下。
由表1能夠看出,橋梁整體施工預(yù)拱度計(jì)算值變化較小,符合設(shè)計(jì)值的預(yù)期變化規(guī)律[11]。
由于篇幅有限,本文僅提供橋梁監(jiān)控的部分?jǐn)?shù)據(jù)并對(duì)其結(jié)果進(jìn)行分析[12],以證明本文施工監(jiān)控技術(shù)的可靠性。
表2、表3分別為722#墩大里程側(cè)、723#墩小里程側(cè)的各個(gè)節(jié)段塊的梁頂標(biāo)高控制值,可以看出預(yù)拱度隨著階段數(shù)的增加而逐漸增大,預(yù)測(cè)的沉降值與實(shí)際沉降值之間的誤差在+15 mm和-5 mm之間,橋梁建成后梁體所具有的線(xiàn)形和設(shè)計(jì)的橋梁竣工后的線(xiàn)形,其各點(diǎn)的誤差均在規(guī)范允許的限差范圍之內(nèi)[13]。說(shuō)明該方法較為合理,預(yù)測(cè)較為準(zhǔn)確。
表2 某特大橋跨S103省道(48+80+48) m連續(xù)梁橋控制點(diǎn)標(biāo)高差值
合龍段是連續(xù)梁橋施工的重點(diǎn),更是線(xiàn)形監(jiān)控的難點(diǎn)[14],根據(jù)設(shè)計(jì)文件要求,合龍順序?yàn)橄韧竭吙?,再中跨。?是連續(xù)梁橋各合龍段實(shí)測(cè)高程數(shù)據(jù)。
由表4可以看出小里程邊跨合龍段、中跨合龍段、大里程邊跨合龍段高程較差均小于+15 mm的規(guī)范要求[15],證明橋梁成功合龍。
表3 某特大橋跨S103省道(48+80+48) m連續(xù)梁橋控制點(diǎn)標(biāo)高差值
表4 各合龍段實(shí)測(cè)高程 單位:m
連續(xù)梁橋設(shè)計(jì)高程和實(shí)測(cè)高程對(duì)比見(jiàn)圖5。
圖5某特大橋跨S103省道(48+80+48) m連續(xù)梁橋設(shè)計(jì)高程和實(shí)測(cè)高程對(duì)比圖
由圖5可以看出,連續(xù)梁橋設(shè)計(jì)高程與實(shí)測(cè)高程曲線(xiàn)走向接近相同,設(shè)計(jì)高程與實(shí)測(cè)高程之間最大誤差值為+13 mm,最小誤差值為+9 mm。設(shè)計(jì)高程與實(shí)測(cè)高程之間的誤差均在+15 mm和-5 mm之間,滿(mǎn)足相關(guān)規(guī)范限差要求,使最終成橋后橋梁結(jié)構(gòu)線(xiàn)型和橋梁設(shè)計(jì)線(xiàn)型符合設(shè)計(jì)要求。
(1) 本文主要從橋梁施工監(jiān)控內(nèi)容、方法和監(jiān)控影響因素進(jìn)行了論述。通過(guò)工程實(shí)例對(duì)橋梁監(jiān)控的計(jì)算過(guò)程進(jìn)行了簡(jiǎn)單的說(shuō)明,并與實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行了比較分析。
由論文數(shù)據(jù)分析可知,連續(xù)梁橋設(shè)計(jì)高程與實(shí)測(cè)高程之間最大誤差值為+13 mm,最小誤差值為+9 mm,設(shè)計(jì)與實(shí)測(cè)高程間的偏差均在+15 mm和-5 mm之內(nèi),連續(xù)梁橋各個(gè)合龍段的高程較差均小于+15 mm,均滿(mǎn)足相關(guān)規(guī)范的限差要求。
(2) 橋梁建成后的梁體線(xiàn)形與設(shè)計(jì)的線(xiàn)形走向趨勢(shì)基本相同,實(shí)現(xiàn)了橋梁較高精度的合龍,驗(yàn)證了計(jì)算結(jié)果的可靠性。說(shuō)明文章所依據(jù)的理論模型能很好的反應(yīng)橋梁結(jié)構(gòu)的實(shí)際狀況,采用的施工控制方法也達(dá)到了很好的施工控制效果。為以后類(lèi)似橋梁施工過(guò)程的線(xiàn)性監(jiān)控,在監(jiān)控內(nèi)容和方法上能夠?yàn)轭?lèi)似的橋梁施工建設(shè)提供借鑒和參考。
(3) 在主梁施工的整個(gè)程序中,利用模型分析和施工現(xiàn)場(chǎng)相結(jié)合的自適應(yīng)控制法對(duì)梁體施工進(jìn)行控制,可有效的對(duì)橋梁施工中所出現(xiàn)的各種不確定因素進(jìn)行有效的控制。通過(guò)對(duì)橋梁全程施工的監(jiān)測(cè),為整個(gè)橋梁的施工監(jiān)測(cè)提供了一個(gè)可靠的系統(tǒng)依據(jù),使得文章的計(jì)算結(jié)果,理論數(shù)據(jù)更具有說(shuō)服力。
[1] 田智元,虞廬松,郭遠(yuǎn)虎.預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)箱梁橋施工線(xiàn)性監(jiān)控[J].科技創(chuàng)業(yè)家,2013(23):15-15.
[2] 蘇 鵬.連續(xù)剛構(gòu)橋梁高墩懸臂施工監(jiān)控與穩(wěn)定性分析[J].水利與建筑工程學(xué)報(bào),2016,14(3):216-220.
[3] 楊建勇,成 菲.預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)箱梁橋施工過(guò)程的應(yīng)力監(jiān)控[J].企業(yè)科技與發(fā)展,2015(24):53-54.
[4] 俞國(guó)棟.連續(xù)梁線(xiàn)性監(jiān)控測(cè)量技術(shù)[J].科技視界,2016(24):193-193.
[5] 周棟林.淺析滬昆客專(zhuān)連續(xù)梁施工線(xiàn)性監(jiān)控技術(shù)[J].價(jià)值工程,2016,35(17):130-133.
[6] 廖 忻,練水泉,俞 俊.懸臂澆筑混凝土連續(xù)梁橋施工監(jiān)控技術(shù)分析[J].山西建筑,2015,41(18):170-171.
[7] 葛俊穎.橋梁工程軟件MIDAS Civil使用指南[M].北京:人民交通出版社,2013:23-182.
[8] 高 杰,黃 穎.既有預(yù)應(yīng)力結(jié)構(gòu)現(xiàn)存預(yù)應(yīng)力數(shù)學(xué)模型研究[J].水利與建筑工程學(xué)報(bào),2015,13(6):183-187.
[9] 白玉川.大跨度預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)梁橋施工監(jiān)控與預(yù)抬高值計(jì)算[D].福州:福州大學(xué),2007.
[10] 昊少杰,何志安,覃 丹.佛山市某特大連續(xù)梁橋的線(xiàn)形控制[C]//.中國(guó)公路學(xué)會(huì)公路環(huán)境與可持續(xù)發(fā)展分會(huì)2010年學(xué)術(shù)年會(huì).北京:公路交通科技雜志社,2010:197-197.
[11] 成仲鵬,賈 斌,陳 彪.高墩大跨連續(xù)剛構(gòu)橋懸臂施工過(guò)程中的預(yù)拱度設(shè)置研究[J].水利與建筑工程學(xué)報(bào),2014,12(5):18-22.
[12] 歐陽(yáng)亞,張 健,董武鐘,等.成綿樂(lè)鐵路連續(xù)梁橋線(xiàn)性監(jiān)控方法探討[J].地理空間信息,2015,13(1):149-151.
[13] 中華人民共和國(guó)鐵道部.高速鐵路橋涵工程施工質(zhì)量驗(yàn)收標(biāo)準(zhǔn):TB 10752—2010[M].北京:中國(guó)鐵道出版社,2011:64.
[14] 陶葉平.淺析大跨度連續(xù)梁線(xiàn)性監(jiān)控施工技術(shù)控制[J].科技視界,2016(19):203-203.
[15] 中交第一公路工程局有限公司.公路橋涵施工技術(shù)規(guī)范:JTG/T F50—2011[M].北京:人民交通出版社,2011:57-58.
LinearMonitoringAnalysisofPrestressedConcreteContinuousBoxGirderBridgeDuringConstruction
WANG Xiaokui1, WANG Xingguo1, PAN Deng2
(1.SchoolofCivilEngineering,He'nanPolytechnicUniversity,Jiaozuo,He'nan454003,China;2.ChinaRailwaytenBureauGroupSecondEngineeringCo.,Ltd.,Zhengzhou,He'nan, 450000,China)
Based on the construction monitoring of the prestressed continuous box girder bridge (48+80+48) m which is lately constructed from Zhengzhou to Wanzhou Railway, and the linear monitoring data of bridge structure alignment during the implementation procedure was then analyzed. The accuracy of the calculation results was examined through simulation analysis of the construction process and comparison with the actual working conditions. The final data shows that the error between the height of the bridge design and the measured elevation is between +15 mm and -5 mm, and the difference between the height of the closed sections is less than +15 mm, and the high precision monitoring of the bridge construction is realized. It shows that the theoretical calculation and analysis model based on this paper can reflect the actual situation of structure better and the construction control method can get good effect of construction control.
prestressedcontinuousboxgirderbridge;deflection;linearmonitoring;dataanalysis
10.3969/j.issn.1672-1144.2017.06.015
2017-06-30
2017-08-08
國(guó)家自然科學(xué)基金資助項(xiàng)目(51108161);河南省教育廳科研計(jì)劃項(xiàng)目(2008A560004)
王小奎(1988—),男,河南周口人,碩士研究生,研究方向?yàn)楣こ滩牧吓c結(jié)構(gòu)。 E-mail:1553587128@qq.com
U448.21+3
A
1672—1144(2017)06—0076—05